菌體表面有多種抗原，主要有菌體抗原0、鞭毛H抗原和莢膜K抗原三種。細胞壁共分三層:細胞外膜、粘肽糖肽與質周隙組成的胞壁層和細胞膜。0抗原為細胞壁成分，由蛋白脂多糖組成，耐熱。0抗原可分三部分:
①多糖側鏈，各種不同腸桿菌科細菌具有不同的糖成分，多糖的排列也不相同，因而決定了0抗原的特異性；
②核心部分，包括外核心區、骨架和核心糖脂，各種腸道桿菌的核心部分相同；
③類脂A，與內毒素有關，可引起與內毒素血癥相同的發熱、炎癥和血液動力學改變的各種臨床表現。莢膜抗原能抑制細菌與0抗血清的凝集，并可促使細菌易于粘附于粘膜表面，與細菌的侵襲力有關，如：大腸桿菌的Ki抗原和傷寒桿菌的Vi抗原。H抗原由鞭毛蛋白組成，不耐熱，其抗原的特異性決定于多肽鏈上氨基酸的排列順序和空間構型。H抗原可能與細菌在尿路中的播散有關。多數腸桿菌科細菌表面有菌毛，為一種蛋白成分，與細菌對粘膜表面的粘附能力有關。